[發(fā)明專利]優(yōu)化紫外LED發(fā)光層的外延結構及其生長方法

有效

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• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107316926B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 郭麗彬;周長健;程斌;吳禮清
• 申請（專利權）人: 合肥彩虹藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 王華英

本發(fā)明提供一種優(yōu)化紫外LED發(fā)光層的外延結構，外延結構從下向上依次包括：藍寶石襯底、高溫UGaN層、N型GaN層、多量子阱結構MQW、有源區(qū)多量子阱發(fā)光層和P型GaN層；有源區(qū)多量子阱發(fā)光層由3?30個周期的In_xGa_1?xN/AlGaN多量子阱組成，In_xGa_1?xN/AlGaN多量子阱還包括其阱層后的覆蓋層，所述覆蓋層中摻雜的Al組分漸變生長，所述Al組分的通入先斜坡式漸變升高，再勻速，最后斜坡式漸變減少，兩次斜坡式漸變過程的時間和速率相同，且Al組分的量是多量子壘中Al組分的1％—60％。本發(fā)明的外延結構的生長方法可以減少電子泄露，減少非輻射復合，增強電子在量子阱的分布，電流均勻擴展，是提高效率紫外LED發(fā)光效率的有效方法，同時器件具有良好的發(fā)光效率，進而提高器件的光電性能。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體器件技術領域，特別是涉及一種優(yōu)化紫外LED發(fā)光層的外延結構及其生長方法。

背景技術

基于三族氮化物(III-nitride)寬禁帶半導體材料的紫外發(fā)光二極管(Ultraviolet Light-Emitting Diode)，在殺菌消毒、聚合物固化、特種照明、光線療法及生化探測等領域具有廣闊的應用前景。

隨著LED的不斷發(fā)展，GaN基高亮度LED已經(jīng)大規(guī)模商業(yè)化，并在景觀照明、背光應用及光通訊等領域顯示出強大的市場潛力。同時，白色LED固態(tài)照明發(fā)展如火如荼，正引發(fā)第三次照明革命。隨著可見光領域的逐漸成熟，人們逐漸將研究重點轉向波長較短的紫外光，紫外波段依據(jù)波長通常可以劃分為：長波紫外UVA(320-400nm)、中波紫外UVB(280-320nm)、短波紫外UVC(200-280nm)以及真空紫外VUV(10-200nm)。

傳統(tǒng)的發(fā)光層生長方法比較簡單，量子阱的輻射復合效率低，UV-LED紫光發(fā)光二極管中存在發(fā)光層的發(fā)光效率低及電流擴展問題。

發(fā)明內容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種優(yōu)化紫外LED發(fā)光層的外延結構及其生長方法，用于解決現(xiàn)有技術中量子阱的輻射復合效率低、紫外LED發(fā)光層發(fā)光效率低及電流擴展的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下方案：一種優(yōu)化紫外LED發(fā)光層的外延結構，所述外延結構從下向上依次包括：藍寶石襯底；位于所述藍寶石襯底上的高溫UGaN層；位于所述高溫UGaN層上的N型GaN層；位于所述N型GaN層上的多量子阱結構MQW；位于所述多量子阱結構MQW上的有源區(qū)多量子阱發(fā)光層；位于所述有源區(qū)多量子阱發(fā)光層上的P型GaN層；所述有源區(qū)多量子阱發(fā)光層由3-30個周期的In_xGa_1-xN/AlGaN多量子阱組成，所述In_xGa_1-xN/AlGaN多量子阱還包括其阱層后的覆蓋層，所述覆蓋層中摻雜的Al組分漸變生長，所述Al組分的通入先斜坡式漸變升高，再勻速，最后斜坡式漸變減少，且兩次斜坡式漸變過程的時間和速率相同，所述In_xGa_1-xN/AlGaN多量子阱中覆蓋層Al組分的量是多量子壘中Al組分的1％—60％。

于本發(fā)明的一實施方式中，所述多量子阱結構MQW由1-20層In_xGa_1-xN/GaN多量子阱組成，每層所述In_xGa_1-xN/GaN多量子阱的厚度在1.5-6.5nm之間，壘的厚度在10-35nm之間。

于本發(fā)明的一實施方式中，所述N型GaN層的厚度在1.5-5.5um之間，所述高溫UGaN層的厚度在0.2-2.5um之間；所述p型GaN層的厚度在20-100nm之間。